Metal/n-type GaN Schottky Contacts : interface states and barrier inhomogeneities

Metal/n-type GaN Schottky Contacts : interface states and barrier inhomogeneities

Author

AL-Hashmiyah, Badriya Nasser.

Publisher

Sultan Qaboos University

Gregorian

2009

Language

English

Subject

Gallium nitride

Optoelectronic devices

Nitrides

Inhomogeneous materials

English abstract

Metal-gallium nitride (GaN) interfaces play very important roles in many high-performance optoelectronic and power devices. Accurate preparation of the GaN surface and a precise control of the conditions of the formation of both ohmic and Schottky contacts are essential for developing GaN-based optoelectronic and electronic devices. Since the electrical characteristics of the Schottky contact are controlled mainly by its interface properties, thus the study of interface states is essential for the understanding of the electrical properties of GaN based Schottky contacts. The structural properties of the as-grown GaN have been characterized using RBS/C and HRXRD techniques. Various metals with different work function on n-type GaN have prepared using e-beam deposition, and their effective Schottky barrier heights (SBHS) and ideality factors (n) have been measured from currentvoltage characteristics over a wide temperature range (80K-400K). A decrease of the thermionic emission mechanism SBHS (POB) and an increase of n with a decrease in the temperature have been explained on the basis of a with the Gaussian distribution of the SBH due to Schottky barrier inhomogeneities at the metal-GaN interface. In addition, from the voltage and temperature dependent of the OB (V,7) and n (1,7) plots; the interface states density (N) and their energy distributions in the Gan band gap were extracted. In parallel, deep level transient spectroscopy (DLTS) analyses were performed to extract quantitative information about the residual defects. From DLTS, two prominent defects D1 and D2 with energy levels below the conduction band, were introduced and assigned to nitrogen-interstitial and nitrogen vacancy, respectively. Finally, our results show that the distribution of interface trap states at metal/GaN is associated with native defects D1 and D2 and is responsible for the lateral inhomogeneities of the Schottky barrier height

Member of

Theses and Dissertations

Resource URL

https://hdl.handle.net/20.500.12408/2992

Arabic abstract

تلعب وصلات المعدن- جالیوم نیتراید ( M - GaN) دورا هاما جدا في العديد من الأجهزة الالكتروضوئية العالية الأداء و الأجهزة الكهربائية. أن التحضير الدقيق لسطح الجاليوم نیتراید (GaN) ودقة السيطرة على ظروف تشكيل كل من الوصلات الأومية والشوتكية (Ohmic & Schottky Contacts) ضرورية لتطوير هذا النوع من الأجهزة المرتكزة في صناعتها على الجاليوم نیتراید (GaN). وبما أن الخصائص الكهربائية للوصلات الشوتكية (Schottky Contacts) تعتمد بشكل رئيسي على جودة السطح (interface) للجاليوم نیتراید (GaN)، لذا فان دراسة طبيعة حالات هذا السطح (interface states) يعتبر اساسيا لفهم الخصائص الكهربائية لهذه الوصلات (Schottky Contacts) التي ترتكز على الجاليوم نیتراید (GaN). لقد تم دراسة الخصائص التركيبية لعينة الجاليوم نیتراید بواسطة تقنيتي انبعاث رذرفورد المرتد وحيود الأشعة السينية. في هذا العمل تم استخدام معادن مختلفة - ذات طاقات عتبة (work functions) مختلفة . على جاليوم نیتراید (GaN) من النوع المالح ( n- type)، كما تم قياس ارتفاعات الحاجز الشوتكي الفعال (SBHs) والعوامل المثالية (m) التي أخذت بواسطة قياس شدة التيار الفولتية في درجات حرارة مختلفة تتراوح بين ( 80K - 300K ). أن النقصان في ارتفاع الحاجز الشوتكي الفعال (SBHs) باستخدام آلية الإشعاع الثرميونية والزيادة الملحوظة في العامل المثالي بانخفاض درجات الحرارة قد تم تفسيره بواسطة التوزيع الجاوسي (المنحنى الجرسي) للحاجز الشوتكي الفعال (SBHs) بسبب التوزيع غير المتجانس على سطح وصلة المعدن- جالیوم نیتراید ( M - GaN ). بالاضافة الى ذلك، فإن الرسوم البيانية للحاجز الشوتكي الفعال (SBHs) والعامل المثالي (1) كمتغيرين للفولتية ودرجة الحرارة، وكثافة مستويات سطح الوصلة (N) وتوزيعها في طاقة الفجوة قد تم ايجادها. وبالتوازي مع ما ذكر اعلاه، فقد تم دراسة العيوب على سطح الجاليوم نیتراید (GaN) من خلال تحليل أطياف المستويات العابرة العميقة (DLTS) لإيجاد المعلومات الكمية حول هذه العيوب المتبقية. ومن خلال (DLTS) تم اكتشاف عيبان بارزان دي اودي 2 بمستويات الطاقة تحت مستوى التوصيل (Conduction Band) يعزى الى النتروجين الفراغي ومنصب النتروجين الشاغر، على التوالي. أخيرا، تظهر نتائجنا بان توزیع فخ الوصلة الموجود في المعدن- جالیوم نیتراید ( M- GaN) يرتبط بعيوب المواطن دي اودي 2 وهو المسؤول عن عدم التجانس الجانبي لإرتفاع الحاجز الشوتكي (SBH).